汽車構(gòu)造 第15章 自動(dòng)變速器.ppt

1、第15章 自動(dòng)變速器,主講教師：,第15章 自動(dòng)變速器,15.1 概述 自動(dòng)變速器AT(automatic transmission)是指能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況及汽車運(yùn)行速度自動(dòng)選擋和換擋的變速器。它由液力變矩器及機(jī)械變速系統(tǒng)組合而成。目前汽車上裝用的自動(dòng)變速器由于綜合應(yīng)用了電子控制技術(shù)、液力控制技術(shù)、液力傳動(dòng)技術(shù)和機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)， 故又稱為電控自動(dòng)變速器。它能夠克服機(jī)械變速器的動(dòng)載荷大，易使零件磨損以及頻繁地操縱離合器等缺點(diǎn)，從而減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度、提高行車安全性。,第15章 自動(dòng)變速器,15.1.1 自動(dòng)變速器的類型 1. 按齒輪變速機(jī)構(gòu)分類 自動(dòng)變速器按齒輪變速機(jī)構(gòu)可分為平行軸式和行星齒輪式兩

2、種。 1) 平行軸式自動(dòng)變速器 平行軸式自動(dòng)變速器采用普通齒輪嚙合傳動(dòng)，通過(guò)換擋離合器改變不同齒輪的搭配，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比(擋位)的變換。平行軸式自動(dòng)變速器體積較大，使用車型少。廣州本田汽車有限公司生產(chǎn)的廣州本田雅閣轎車所使用的變速器就是平行軸式自動(dòng)變速器。 2) 行星齒輪式自動(dòng)變速器 行星齒輪式自動(dòng)變速器采用行星齒輪傳動(dòng)，通過(guò)換擋執(zhí)行元件實(shí)現(xiàn)擋位的變換。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小的特點(diǎn)，是目前絕大多數(shù)汽車采用的自動(dòng)變速器。,第15章 自動(dòng)變速器,2. 按傳動(dòng)比變化是否連續(xù)分類 1) 有級(jí)式自動(dòng)變速器 采用齒輪變速機(jī)構(gòu)的自動(dòng)變速器不論是平行軸式還是行星齒輪式，各擋位傳動(dòng)比是一個(gè)定值。各擋位傳動(dòng)比之間是間

3、斷的，這是齒輪傳動(dòng)固有的特點(diǎn)。 2) 無(wú)級(jí)式自動(dòng)變速器 無(wú)級(jí)式自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖如圖15.1所示。它采用鋼帶或鏈條傳動(dòng)，主、從動(dòng)帶輪的槽寬(即帶輪的直徑)可以改變，從而改變鋼帶的傳動(dòng)比。這種變速器(Continuously Variable Transmission)又稱為CVT，它可以實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)變速，即傳動(dòng)比的變化是連續(xù)、無(wú)間斷的。CVT已經(jīng)在部分轎車上使用，國(guó)產(chǎn)奧迪(Audi) A6、南京菲亞特等車型就使用了CVT。隨著材料技術(shù)的進(jìn)步，如果傳動(dòng)鋼帶或鏈條的壽命得以延長(zhǎng)，CVT將會(huì)在越來(lái)越多的車型上得到應(yīng)用。,第15章 自動(dòng)變速器,3. 按控制方式分類 自動(dòng)變速器按控制方式可

4、分為液控液力自動(dòng)變速器和電子控制液力自動(dòng)變速器。 1) 液控液力自動(dòng)變速器 液控液力自動(dòng)變速器主要工作原理是：在手控制閥選定位置后，由反映節(jié)氣門開度的節(jié)氣門閥和反映車速的調(diào)速器閥把節(jié)氣門開度和車速轉(zhuǎn)換為液力信號(hào)，在換擋點(diǎn)，這些液力信號(hào)直接控制換擋閥進(jìn)行換擋。使換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)(換擋離合器、換擋制動(dòng)器和單向離合器)進(jìn)行換擋。液力控制系統(tǒng)控制自動(dòng)換擋的信息有三個(gè)：換擋手柄位置、節(jié)氣門開度(表征發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷)、車速。當(dāng)駕駛員選定換擋手柄的位置之后，控制系統(tǒng)將根據(jù)節(jié)氣門的開度和車速實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋變速，如圖15.2所示。,第15章 自動(dòng)變速器,2) 電控液力自動(dòng)變速器 電控液力自動(dòng)變速器在手控制閥選定位置后，由

5、反映節(jié)氣門開度的節(jié)氣門位置傳感器和反映車速的車速傳感器把節(jié)氣門開度和車速轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，這些電信號(hào)輸入電控單元(ECU)，由電子控制單元控制液力閥和液力執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行換擋。現(xiàn)在越來(lái)越多的汽車采用這種方式，如圖15.3所示。,圖15.2 液控液力自動(dòng)變速器工作示意圖,第15章 自動(dòng)變速器,15.1.2 自動(dòng)變速器的組成 自動(dòng)變速器主要由液力變矩器、齒輪變速器、液力控制系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)等幾部分組成。 1) 液力變矩器(torque converter) 液力變矩器位于自動(dòng)變速器的最前端，它通過(guò)螺栓與發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪相連，其作用與采用手動(dòng)變速器汽車的離合器相似。它利用液力傳動(dòng)的原理，將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳給自動(dòng)

6、變速器的輸入軸。 2) 齒輪變速器(gear system) 齒輪變速器是自動(dòng)變速器的主要組成部分，可以使變速器實(shí)現(xiàn)不同的傳功比，使之處于不同的擋位，一般有34個(gè)前進(jìn)擋和1個(gè)倒擋。與液力變矩器配合、可獲得由起步至最高車速的整個(gè)范圍內(nèi)的自動(dòng)變速。 3) 液力控制系統(tǒng)(hydraulic system) 液力控制系統(tǒng)由油泵、調(diào)壓閥、換擋閥、減振器等零部件組成。它們通常安裝在齒輪變速器下方的油底殼內(nèi)。液力控制系統(tǒng)接受節(jié)氣門開度和車速信號(hào)，利用液力自動(dòng)控制原理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋。,第15章 自動(dòng)變速器,4) 電子控制系統(tǒng) 隨著自動(dòng)變速器的發(fā)展，目前采用電控液力自動(dòng)變速器越來(lái)越多。電控液力式控制系統(tǒng)除了閥板

7、及液力管路之外，還包括電控單元、傳感器、執(zhí)行器及控制電路等傳感器。它們將發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車的行駛參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后送給自動(dòng)變速器的電控單元，電控單元接受到這些信號(hào)后就根據(jù)既定的換擋規(guī)律實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋。 5) 冷卻、濾油裝置 變速器油在傳力和控制過(guò)程中，因沖擊和摩擦產(chǎn)生的熱量使油溫升高，從而會(huì)降低傳動(dòng)效率。因此，必須使變速器油通過(guò)冷卻油路和冷卻器進(jìn)行冷卻，以保持正常的工作溫度(8090)。自動(dòng)變速器在工作過(guò)程中因摩擦產(chǎn)生的金屬屑須由濾油器及時(shí)地過(guò)濾掉，以保持變速器油的清潔。,第15章 自動(dòng)變速器,15.1.3 電控液力自動(dòng)變速器的基本工作原理 在手控制閥選定位置后，由反映節(jié)氣門開度的節(jié)氣門位置傳感器

8、和反映車速的車速傳感器，把節(jié)氣門開度和車速(還有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、冷卻液溫度、液力油溫度等參數(shù))轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，這些電信號(hào)輸入電子控制單元(ECU)。在換擋點(diǎn)，ECU向換擋電磁閥、油壓電磁閥、鎖止電磁閥發(fā)出電信號(hào)，電磁閥再將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成液力控制信號(hào)，液力控制信號(hào)控制液力閥體中各換擋閥使換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)換擋，如圖15.3。 如圖15.3所示，電控液力自動(dòng)變速器由液力變矩器、行星齒輪變速系統(tǒng)(包括換擋執(zhí)行器)，自動(dòng)換擋操縱系統(tǒng)(包括液力操縱系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng))、變速器殼體和油冷卻系統(tǒng)等組成。液力變矩器和行星齒輪變速器是構(gòu)成自動(dòng)變速器的主要結(jié)構(gòu)，而自動(dòng)換擋控制系統(tǒng)是自動(dòng)變速器的核心和技術(shù)關(guān)鍵。在液力變矩器中，為

9、了避免液力油氣蝕及高溫帶來(lái)的不良后果，需要設(shè)置油泵將工作液體以一定的壓力輸送到變矩器中，使其循環(huán)圓內(nèi)保持一定的補(bǔ)償壓力，油泵的另一作用是不斷地將工作液從變矩器中引出，送到冷卻器或變速器的油底殼進(jìn)行冷卻。,第15章 自動(dòng)變速器,現(xiàn)在越來(lái)越多的汽車采用電控液力自動(dòng)變速器，它與液控液力自動(dòng)變速器相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1) 計(jì)算機(jī)能夠存儲(chǔ)與處理多種換擋規(guī)律，所以可實(shí)現(xiàn)更合理更復(fù)雜的控制，突破液力閥結(jié)構(gòu)限制，獲得更理想的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性； (2) 簡(jiǎn)化液力操縱系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕； (3) 控制精度高，反應(yīng)快且動(dòng)作準(zhǔn)確； (4) 與汽車其他系統(tǒng)的電子控制(如發(fā)動(dòng)機(jī)控制、巡航控制、牽引力控制、制動(dòng)防

10、抱死控制、四輪驅(qū)動(dòng)控制等)兼容性好； (5) 自動(dòng)換擋系統(tǒng)變更換擋規(guī)律或參數(shù)時(shí)，只需改變控制程序和某些電子元件的型號(hào)規(guī)格就能達(dá)到要求，無(wú)須對(duì)變速器結(jié)構(gòu)零件作任何變動(dòng)，所以適應(yīng)性強(qiáng)、開發(fā)周期短、在系列產(chǎn)品中更能顯示其優(yōu)越性。,第15章 自動(dòng)變速器,15.2 耦合器與變矩器 15.2.1 液力耦合器 圖15.4為液力耦合器結(jié)構(gòu)示意圖，其主要零件形狀見圖15.5。 如圖15.4所示，液力耦合器主要由：殼體(housing)、泵輪(impeller)、渦輪(turbine)三個(gè)元件構(gòu)成。在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸1的凸緣上，固定著耦合器外殼2。與外殼剛性連接并隨曲軸一起旋轉(zhuǎn)的葉輪，組成耦合器的主動(dòng)元件，稱為泵輪了。

11、與從動(dòng)軸5相連的葉輪，為耦合器的從動(dòng)元件，稱為渦輪4。泵輪與渦輪統(tǒng)稱為工作輪。在工作輪的環(huán)狀殼體中，徑向排列著許多葉片。渦輪裝在密封的外殼中，其端面與泵輪端面相對(duì)，兩者之間留有34mm間隙。泵輪與渦輪裝合后，通過(guò)軸線的縱斷面呈環(huán)形，稱為循環(huán)圓。在環(huán)狀殼體中儲(chǔ)存有工作液。 液力耦合器的殼體和泵輪在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，葉片間的工作液在泵輪帶動(dòng)一起旋轉(zhuǎn)。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，離心力作用將使工作液從葉片內(nèi)緣向外緣流動(dòng)。因此，葉片外緣處壓力較高，而內(nèi)緣處壓力較低，其壓力差取決于工作輪半徑和轉(zhuǎn)速。,第15章 自動(dòng)變速器,圖15.4 液力耦合器結(jié)構(gòu)示意圖 1發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸 2耦合器外殼 3泵輪 4渦輪 5從

12、動(dòng)軸,圖15.5 液力耦合器主要零件 1泵輪 2渦輪,第15章 自動(dòng)變速器,由于泵輪和渦輪的半徑是相等的，故當(dāng)泵輪的轉(zhuǎn)速大于渦輪時(shí)，泵輪葉片外緣的液力大于渦輪葉片外緣。于是，工作液不僅隨著工作輪繞其軸線做圓周運(yùn)動(dòng)，并且在上述壓力差的作用下，沿循環(huán)圓依箭頭所示方向作循環(huán)流動(dòng)。液體質(zhì)點(diǎn)的流線形成一個(gè)首尾相連的環(huán)形螺旋線(圖15.6)。,圖15.6 液力耦合器的工作原理示意圖,第15章 自動(dòng)變速器,液力耦合器的傳動(dòng)過(guò)程是：泵輪接受發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)來(lái)的機(jī)械能，傳給工作液，使其提高動(dòng)能，然后再由工作液將動(dòng)能傳給渦輪。因此，液力耦合器實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的必要條件是工作液在泵輪和渦輪之間有循環(huán)流動(dòng)。而循環(huán)流動(dòng)的產(chǎn)生，是由兩

13、個(gè)工作輪轉(zhuǎn)速不等，使兩輪葉片的外緣產(chǎn)生液力差所致。因此，液力耦合器在正常工作時(shí)，泵輪轉(zhuǎn)速總是大于渦輪轉(zhuǎn)速。如果二者轉(zhuǎn)速相等，液力耦合器則不起傳動(dòng)作用。 汽車起步前，可將變速器掛上一擋位，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵輪旋轉(zhuǎn)，而與整車驅(qū)動(dòng)輪相連的渦輪暫時(shí)仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，工作液便立即產(chǎn)生繞工作輪軸線的圓周運(yùn)動(dòng)和循環(huán)流動(dòng)。當(dāng)液流沖到渦輪葉片上時(shí)，其圓周速度降低到零而對(duì)渦輪葉片造成一個(gè)沖擊力，因而對(duì)渦輪作用一個(gè)繞渦輪軸線的力矩，力圖使渦輪與泵輪同向旋轉(zhuǎn)。對(duì)于一定的耦合器，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越大，則作用于渦輪的力矩也越大。 加大發(fā)動(dòng)機(jī)供油量，使其轉(zhuǎn)速增大到一定數(shù)值時(shí)，作用于渦輪上的轉(zhuǎn)矩足以使汽車克服起步阻力而使汽車起步。隨著

14、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的繼續(xù)增高，渦輪連同汽車也不斷加速。,第15章 自動(dòng)變速器,由液力耦合器工作原理可知，液體在循環(huán)流動(dòng)過(guò)程中，沒有受到任何其他附加外力，故發(fā)動(dòng)機(jī)作用于泵輪上的轉(zhuǎn)矩與渦輪所接受并傳給從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)矩相等。亦即液力耦合器只起傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，而不起改變轉(zhuǎn)矩大小的作用，故必須有變速機(jī)構(gòu)與其配合使用。此外，由于液力耦合器不能使發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器徹底分離，故在采用以移動(dòng)齒輪或接合套方法換擋的普通齒輪變速器時(shí)，為了減小齒輪沖擊，在液力耦合器與變速器之間還必須裝一個(gè)離合器。而且由于液力耦合器中存在液流損失，傳動(dòng)系效率比單用離合器時(shí)為低。目前，液力耦合器在汽車上的應(yīng)用日益減少。,第15章 自動(dòng)變速器,15.2.

15、2 液力變矩器 1. 液力變矩器結(jié)構(gòu)原理 液力變矩器主要由泵輪4，渦輪3及固定不動(dòng)的導(dǎo)輪(Stator)5三個(gè)元件組成(見圖15.7)。渦輪3、導(dǎo)輪5裝在密封的外殼2中，渦輪端面與泵輪端面相對(duì)。各工作輪采用鋁合金精密鑄造或用鋼板沖壓焊接而成。三者之間靠工作液傳遞動(dòng)力，它們的葉片端面之間都留有一定間隙。所有工作輪裝配后，通過(guò)軸線的縱斷面呈環(huán)形(循環(huán)圓)。在環(huán)狀殼體中儲(chǔ)有工作液。為保證液力變矩器性能及液流很好地循環(huán)，三個(gè)工作輪葉片都彎成一定弧度(泵輪可以是直的)，葉片斷面是彎曲面，且相對(duì)于工作半徑方向是傾斜排列的。,第15章 自動(dòng)變速器,圖15.7 液力變矩器的主要零件 1啟動(dòng)齒圈 2變矩器殼 3

16、渦輪 4泵輪 5導(dǎo)輪,第15章 自動(dòng)變速器,圖15.8所示為目前轎車上廣泛采用的綜合式液力變矩器。泵輪與變矩器殼連成一體，用螺栓固定在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸后端的凸緣上，為變矩器的主動(dòng)元件。殼體做成兩半，裝配后焊成一體(有的用螺栓連接)，殼體外面有啟動(dòng)齒圈。渦輪通過(guò)軸承安裝在變矩器內(nèi)，通過(guò)輸出軸與汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的其他部件相連，為變矩器的從動(dòng)元件。綜合式液力變矩器三元件中的導(dǎo)輪不是完全固定不動(dòng)的，導(dǎo)輪安裝在泵輪與渦輪之間，通過(guò)單向離合器及導(dǎo)輪固定套固定在變速器外殼上。單向離合器的作用是可以使導(dǎo)輪順時(shí)針(向前)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，而不能朝逆時(shí)針(向后)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 與耦合器一樣，變矩器正常工作時(shí)，儲(chǔ)于環(huán)形內(nèi)腔中的工作液，除

17、有繞變矩器軸的圓周運(yùn)動(dòng)以外，還有在循環(huán)圓中循環(huán)流動(dòng)(見圖15.8)，故能將轉(zhuǎn)矩從泵輪傳到渦輪上。,第15章 自動(dòng)變速器,與耦合器不同的是：變矩器不僅能傳遞轉(zhuǎn)矩，且能在泵輪轉(zhuǎn)矩不變的情況下，隨著渦輪的轉(zhuǎn)速不同而改變渦輪輸出轉(zhuǎn)矩的數(shù)值，即能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速。變矩器之所以能起變矩作用，是由于結(jié)構(gòu)上比耦合器多了導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)。在工作液循環(huán)流動(dòng)的過(guò)程中，固定不動(dòng)的導(dǎo)輪給渦輪一個(gè)反作用力矩，使渦輪輸出的轉(zhuǎn)矩不同于泵輪輸入的轉(zhuǎn)矩。 發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，曲軸帶動(dòng)泵輪旋轉(zhuǎn)，因旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使泵輪葉片間的工作液沿葉片從內(nèi)緣向外緣甩出。這部分工作液既具有隨泵輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)的沿圓周向的分速度，又有沖向渦輪的軸向分速度。這些工作液沖擊渦

18、輪葉片，推動(dòng)渦輪與泵輪同方向轉(zhuǎn)動(dòng)。,圖15.8 液力變矩器的結(jié)構(gòu)與原理,第15章 自動(dòng)變速器,當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速較小時(shí)，從渦輪流出的工作液向后流動(dòng)，沖擊導(dǎo)輪葉片的前面。因?yàn)閷?dǎo)輪被單向離合器限定不能向后轉(zhuǎn)動(dòng)，所以導(dǎo)輪葉片將向后流動(dòng)的工作液導(dǎo)向前推動(dòng)泵輪葉片，促進(jìn)泵輪旋轉(zhuǎn)。這相當(dāng)于導(dǎo)輪、泵輪都對(duì)工作液施加了正向力矩。當(dāng)輸入與輸出轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時(shí)，兩正向力矩之和在大小上等于渦輪對(duì)工作液施加的反向力矩，從而使渦輪的輸出轉(zhuǎn)矩大于泵輪的輸入轉(zhuǎn)矩，也就是此時(shí)液力變矩器處于增大轉(zhuǎn)矩的變矩工況。渦輪的轉(zhuǎn)速越低，導(dǎo)輪改變工作液流動(dòng)方向的作用越強(qiáng)，變矩器增大轉(zhuǎn)矩的效果越明顯?？紤]到傳動(dòng)效率(液力變矩器的傳動(dòng)效率為輸出功率與輸入功

19、率之比)等因素，一般把變矩器的輸出轉(zhuǎn)矩與輸入轉(zhuǎn)矩之比(稱為變矩比)的最大值設(shè)計(jì)為22.5。 隨著渦輪轉(zhuǎn)速的增加，從渦輪流出的工作液逐漸轉(zhuǎn)為向前流動(dòng)，當(dāng)工作液開始流向?qū)л喨~片的背面時(shí)，變矩器到達(dá)臨界點(diǎn)。因?yàn)閱蜗螂x合器允許導(dǎo)輪一同向前旋轉(zhuǎn)，在向前流動(dòng)工作液的帶動(dòng)下，導(dǎo)輪沿泵輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向自由旋轉(zhuǎn)(空轉(zhuǎn))，工作液順利地回流到泵輪。當(dāng)從渦輪流出的工作液正好與導(dǎo)輪葉片出口方向一致時(shí)，自由轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)輪對(duì)工作液沒有反作用力矩，液力油只受到泵輪和渦輪的反作用力矩作用，此時(shí)變矩器不起增矩作用，起耦合作用。由于渦輪這時(shí)轉(zhuǎn)速較高，變矩器處在高效率傳遞轉(zhuǎn)矩范圍。,第15章 自動(dòng)變速器,導(dǎo)輪開始空轉(zhuǎn)的工作點(diǎn)稱為耦合點(diǎn)。綜合式

20、液力變矩器在渦輪轉(zhuǎn)速由零到耦合點(diǎn)的工作范圍內(nèi)按液力變矩器的特性工作，在渦輪轉(zhuǎn)速超過(guò)耦合點(diǎn)轉(zhuǎn)速之后按液力耦合器的特性工作。所以，綜合式液力變矩器既有增矩作用又有傳動(dòng)效率高的特性。圖15.9 液力變矩器工作展開示意圖 圖15.9所示是變矩器工作輪的展開圖，由此來(lái)說(shuō)明變矩器的工作原理。展開圖是將循環(huán)圓上的中間流線(此流線將液流通道斷面分割成面積相等的內(nèi)外兩部分)展開成一直線，各循環(huán)圓中間流線均在同一平面上展開。在展開圖上，泵輪B、渦輪W和導(dǎo)輪D便成為三個(gè)環(huán)形平面，且工作輪的葉片角度也清楚地顯示出來(lái)。,第15章 自動(dòng)變速器,為便于說(shuō)明，設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及負(fù)荷不變，即變矩器泵輪的轉(zhuǎn)速nb及轉(zhuǎn)矩Mb為常數(shù)。先

21、討論汽車起步工況。開始時(shí)渦輪轉(zhuǎn)速nw為零，如圖15.10a所示。工作液在泵輪葉片帶動(dòng)下，以一定的絕對(duì)速度沿圖中箭頭l的方向沖向渦輪葉片。因渦輪靜止不動(dòng)，液流將沿著葉片流出渦輪并沖向?qū)л?，液流方向如圖15.10中箭頭2所示。然后液流再?gòu)墓潭ú粍?dòng)的導(dǎo)輪葉片沿箭頭3方向流入泵輪中。當(dāng)液體流過(guò)葉片時(shí)，受到葉片的作用力，其方向發(fā)生變化。設(shè)泵輪、渦輪和導(dǎo)輪對(duì)液流的,作用轉(zhuǎn)矩分別為Mb、 和Md。根據(jù)液流受力平衡條件，則 Mb+Md。由于液流對(duì)渦輪的作用轉(zhuǎn)矩Mw(即變矩器輸出轉(zhuǎn)矩)與方向相反、大小相等，因而在數(shù)值上，渦輪轉(zhuǎn)矩Mw等于泵輪轉(zhuǎn)矩Mb與導(dǎo)輪轉(zhuǎn)矩Md之和。顯然，此時(shí)渦輪轉(zhuǎn)矩Mw大于泵輪轉(zhuǎn)矩Mb，即液

22、力變矩器起了增大轉(zhuǎn)矩的作用。,圖15.9 液力變矩器工作展開示意圖 B泵輪 W渦輪 D導(dǎo)輪,第15章 自動(dòng)變速器,a. 當(dāng)nb=常數(shù)，nw=0時(shí) b. 當(dāng)nb=常數(shù)，nw逐漸增長(zhǎng)時(shí) 圖15.10 液力變矩器工作原理圖,第15章 自動(dòng)變速器,當(dāng)變矩器輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)傳到驅(qū)動(dòng)輪上所產(chǎn)生的牽引力足以克服汽車起步阻力時(shí)，汽車即起步并開始加速，與之相聯(lián)系的渦輪轉(zhuǎn)速nw也從零逐漸增加。這時(shí)液流在渦輪出口處不僅具有沿葉片方向的相對(duì)速度w，而且具有沿圓周方向的牽連速度u，故沖向?qū)л喨~片液流的絕對(duì)速度v應(yīng)是二者的合成速度，如圖15.10b所示。因原設(shè)泵輪轉(zhuǎn)速不變，起變化的只是渦輪轉(zhuǎn)速，故渦輪出口處相對(duì)速度w

23、不變，只是牽連速度u起變化。由圖可見，沖向?qū)л喨~片的液流的絕對(duì)速度v將隨著牽連速度u的增加(即渦輪轉(zhuǎn)速nw的增加)而逐漸向左傾斜，使導(dǎo)輪上所受轉(zhuǎn)矩值逐漸減小，當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速增大到某一數(shù)值，由渦輪流出的液流(如圖15.10b中u所示方向)正好沿導(dǎo)輪出口方向沖向?qū)л啎r(shí)，由于液體流經(jīng)導(dǎo)輪時(shí)方向不改變，故導(dǎo)輪轉(zhuǎn)矩Md為零，于是渦輪轉(zhuǎn)矩與泵輪轉(zhuǎn)矩相等，即MwMb。 若渦輪轉(zhuǎn)速nw繼續(xù)增大，液流絕對(duì)速度v方向繼續(xù)向左傾，如圖15.10b中所示方向，導(dǎo)輪轉(zhuǎn)矩方向與泵輪轉(zhuǎn)矩方向相反，則渦輪轉(zhuǎn)矩為前二者轉(zhuǎn)矩之差(MwMb-Md)，即變矩器輸出轉(zhuǎn)矩反而比輸入轉(zhuǎn)矩小。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速nw增大到與泵輪轉(zhuǎn)速nb相等時(shí)，工作液在循

24、環(huán)圓中的循環(huán)流動(dòng)停止，將不能傳遞動(dòng)力。,第15章 自動(dòng)變速器,上述變矩器在泵輪轉(zhuǎn)速nb和轉(zhuǎn)矩Mb不變的條件下，渦輪轉(zhuǎn)矩Mw隨其轉(zhuǎn)速nw變化的規(guī)律，即液力變矩器的特性，可用圖15.11表示。 液力變矩器的傳動(dòng)比i的定義與前述齒輪變速器不同，為輸出轉(zhuǎn)速(即渦輪轉(zhuǎn)速nw)與輸入轉(zhuǎn)速(即泵輪轉(zhuǎn)速nb)之比，即,圖15.11 液力變矩器特性(nb=常數(shù)),第15章 自動(dòng)變速器,液力變矩器輸出轉(zhuǎn)矩與輸入轉(zhuǎn)矩(即泵輪轉(zhuǎn)矩Mb)之比稱為變矩系數(shù)，用K表示，即 圖15.11所示的液力變矩器特性，是在泵輪轉(zhuǎn)矩Mb和轉(zhuǎn)速nb不變的條件下得出的，因此圖中的Mwnw曲線也反映了變矩系數(shù)K與渦輪轉(zhuǎn)速nw(或傳動(dòng)比i)之間

25、的變化關(guān)系。 從變矩器特性中可以看出，變矩系數(shù)K是隨渦輪轉(zhuǎn)速的改變而連續(xù)變化的。當(dāng)汽車起步、上坡或遇到較大阻力時(shí)，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷不變，這時(shí)車速將降低，即渦輪轉(zhuǎn)速降低。于是變矩系數(shù)相應(yīng)增大，因而使驅(qū)動(dòng)輪獲得較大的轉(zhuǎn)矩，保證汽車能克服增大的阻力而繼續(xù)行駛。所以液力變矩器是一種能隨汽車行駛阻力的不同而自動(dòng)改變變矩系數(shù)的無(wú)級(jí)變速器。此外，液力耦合器所具備的保證汽車平穩(wěn)起步、衰減傳動(dòng)系統(tǒng)中的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)、防止傳動(dòng)系超載等功能，液力變矩器也同樣具備。,第15章 自動(dòng)變速器,2. 幾種典型液力變矩器 1) 三元件液力變矩器 三元件液力變矩器的典型形式如圖15.12所示。它由泵輪8、渦輪5和導(dǎo)輪9組成。最

26、大變矩系數(shù)(即渦輪轉(zhuǎn)速為零時(shí)的變矩系數(shù))為1.92.5。 變矩器殼體7由前后兩半焊接而成。殼體前端連接著裝有啟動(dòng)齒圈6的托盤，并用螺釘固定在曲軸后端凸緣4上。為了在維修拆裝后保持變矩器與曲軸原有的相對(duì)位置，以免破壞動(dòng)平衡，螺釘在圓周上的分布是不均勻的。 泵輪8裝有徑向平直葉片。焊在泵輪外殼上的泵輪輪轂12可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。渦輪5有傾斜的曲面葉片。與渦輪殼體鉚釘連接的渦輪輪轂3，以花鍵與變矩器輸出軸13相連。泵輪及渦輪的葉片和殼體均為鋼板沖壓件，葉片和內(nèi)環(huán)采用點(diǎn)焊連接，與外殼采用銅焊連接。導(dǎo)輪用鋁合金鑄造，并與自由輪的外座圈10固定連接。,第15章 自動(dòng)變速器,圖15.12 典型轎車用液力變矩器1滾柱

27、 2塑料墊片 3渦輪輪轂 4曲軸凸緣 5渦輪 6啟動(dòng)齒圈 7變矩器殼8泵輪 9導(dǎo)輪 10自由輪外座圈 11自由輪內(nèi)座圈 12泵輪輪轂13變矩器輸出軸(齒輪變速器第一軸) 14導(dǎo)輪固定套管 15推力墊片 16自由輪機(jī)構(gòu)蓋,第15章 自動(dòng)變速器,變矩器自由輪機(jī)構(gòu)的構(gòu)造可用圖15.13來(lái)說(shuō)明。它由外座圈2、內(nèi)座圈1、滾柱5及不銹鋼疊片彈簧6組成。導(dǎo)輪3用鉚釘4鉚在外座圈2上(也可用花鍵連接)。內(nèi)座圈1與固定套管(在圖15.9中標(biāo)號(hào)為14)用花鍵連接，因而內(nèi)座圈是固定不動(dòng)的。外座圈2的內(nèi)表面有若干個(gè)偏心的圓弧面。滾柱5經(jīng)常被疊片彈簧6壓向內(nèi)外座圈之間滾道比較狹窄的一端，而將內(nèi)外兩座圈楔緊。 當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速

28、較低、與泵輪轉(zhuǎn)速差較大時(shí)，從渦輪流出的液流沖擊導(dǎo)輪葉片，力圖使導(dǎo)輪3順時(shí)針?lè)较?虛線箭頭所示)旋轉(zhuǎn)，由于滾柱5楔緊在滾道的窄端，導(dǎo)輪便同自由輪外座圈2一起被卡緊在內(nèi)座圈1上而固定不動(dòng)，此時(shí)液力變矩器起增大轉(zhuǎn)矩的作用。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速升高到一定程度，液流對(duì)導(dǎo)輪的沖擊力反向，于是導(dǎo)輪自由地相對(duì)于內(nèi)座圈按實(shí)線箭頭方向與渦輪同向轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)，變矩器就轉(zhuǎn)入耦合器的工作狀況。這種可以轉(zhuǎn)入耦合器工況的變矩器稱綜合式液力變矩器。,第15章 自動(dòng)變速器,采用綜合式液力變矩器的目的，在于利用耦合器在高傳動(dòng)比時(shí)相對(duì)變矩器有較高效率的特點(diǎn)。效率指液力傳動(dòng)裝置輸出功率與輸入功率之比。變矩器效率b與耦合器效率0隨傳動(dòng)比i變化的規(guī)

29、律如圖15.14所示，圖中還作出變矩系數(shù)K隨傳動(dòng)比變化的曲線。由圖中可知，在傳動(dòng)比iik1(變矩系數(shù)K1時(shí)的傳動(dòng)比)范圍內(nèi)，變矩器的效率高于耦合器，當(dāng)iik=1，變矩器效率b迅速下降，而耦合器的效率0卻繼續(xù)增高。綜合式液力變矩器即在低速時(shí)按變矩器特性工作，而當(dāng)傳動(dòng)比達(dá)ik=1時(shí)，轉(zhuǎn)為按耦合器特性工作，從而擴(kuò)大了高效率的范圍，如圖15.14中實(shí)線所示。 變矩器的各工作輪在一個(gè)密閉腔內(nèi)工作，腔內(nèi)充滿液力傳動(dòng)油，它既是工作介質(zhì)，又是液力元件的潤(rùn)滑劑和冷卻劑。為防止氣蝕現(xiàn)象，腔內(nèi)應(yīng)保持一定的補(bǔ)償壓力，其值視變矩器而異，通常在0.250.7MPa范圍內(nèi)。所謂氣蝕是指液體流動(dòng)過(guò)程中，某處壓力下降到低于該溫

30、度下工作液的飽和蒸汽壓時(shí)，液體形成氣泡的現(xiàn)象。當(dāng)液體中的氣泡隨液流運(yùn)動(dòng)到壓力較高的區(qū)域時(shí)，氣泡在周圍液力油的沖擊下迅速破裂，又凝結(jié)成液態(tài)，使體積驟然縮小，出現(xiàn)真空。于是周圍的液體質(zhì)點(diǎn)即,第15章 自動(dòng)變速器,以極高的速度填補(bǔ)這些空間。在此瞬間，液體質(zhì)點(diǎn)相互強(qiáng)烈碰擊，產(chǎn)生明顯的噪聲。同時(shí)造成很高的局部壓力，致使葉片表面的金屬顆粒被擊破。由此可見，氣蝕現(xiàn)象將影響變矩器正常工作，使其效率降低，并伴有噪聲。故工作腔內(nèi)必須保持足夠的補(bǔ)償壓力。 由油泵輸出的具有一定壓力的補(bǔ)償油通過(guò)固定套管14(見圖15.12)與泵輪輪轂12之間的環(huán)狀空腔，從導(dǎo)輪與泵輪之間的縫隙進(jìn)入，由渦輪與導(dǎo)輪之間流出，經(jīng)固定套管14與

31、變矩器輸出軸13之間的環(huán)狀空腔通往冷卻器，使工作液得到冷卻。 由于補(bǔ)償壓力的存在，工作輪上受到的軸向力較大。為此，在導(dǎo)輪端部裝有有色金屬推力墊片15，在渦輪輪轂與殼體之間裝有耐磨的塑料墊片2。 上述三元件綜合式液力變矩器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，性能穩(wěn)定，最高效率達(dá)92%，在轉(zhuǎn)為耦合器工作時(shí)，高傳動(dòng)比區(qū)的效率可達(dá)96%。因此，它在高級(jí)轎車上應(yīng)用極廣，在大型客車、自卸車及工程車輛上的應(yīng)用也逐漸增多。,第15章 自動(dòng)變速器,圖15.13 液力變矩器自由輪機(jī)構(gòu) 1內(nèi)座圈 2外座圈 3導(dǎo)輪 4鉚釘 5滾柱 6疊片彈簧,圖15.14 三元件綜合式液力變矩器特性,第15章 自動(dòng)變速器,變矩器的各工作輪在一個(gè)密閉

32、腔內(nèi)工作，腔內(nèi)充滿液力傳動(dòng)油，它既是工作介質(zhì)，又是液力元件的潤(rùn)滑劑和冷卻劑。為防止氣蝕現(xiàn)象，腔內(nèi)應(yīng)保持一定的補(bǔ)償壓力，其值視變矩器而異，通常在0.250.7MPa范圍內(nèi)。所謂氣蝕是指液體流動(dòng)過(guò)程中，某處壓力下降到低于該溫度下工作液的飽和蒸汽壓時(shí)，液體形成氣泡的現(xiàn)象。當(dāng)液體中的氣泡隨液流運(yùn)動(dòng)到壓力較高的區(qū)域時(shí)，氣泡在周圍液力油的沖擊下迅速破裂，又凝結(jié)成液態(tài)，使體積驟然縮小，出現(xiàn)真空。于是周圍的液體質(zhì)點(diǎn)即以極高的速度填補(bǔ)這些空間。在此瞬間，液體質(zhì)點(diǎn)相互強(qiáng)烈碰擊，產(chǎn)生明顯的噪聲。同時(shí)造成很高的局部壓力，致使葉片表面的金屬顆粒被擊破。由此可見，氣蝕現(xiàn)象將影響變矩器正常工作，使其效率降低，并伴有噪聲。故

33、工作腔內(nèi)必須保持足夠的補(bǔ)償壓力。 由油泵輸出的具有一定壓力的補(bǔ)償油通過(guò)固定套管14(見圖15.12)與泵輪輪轂12之間的環(huán)狀空腔，從導(dǎo)輪與泵輪之間的縫隙進(jìn)入，由渦輪與導(dǎo)輪之間流出，經(jīng)固定套管14與變矩器輸出軸13之間的環(huán)狀空腔通往冷卻器，使工作液得到冷卻。,第15章 自動(dòng)變速器,由于補(bǔ)償壓力的存在，工作輪上受到的軸向力較大。為此，在導(dǎo)輪端部裝有有色金屬推力墊片15，在渦輪輪轂與殼體之間裝有耐磨的塑料墊片2。 上述三元件綜合式液力變矩器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，性能穩(wěn)定，最高效率達(dá)92%，在轉(zhuǎn)為耦合器工作時(shí)，高傳動(dòng)比區(qū)的效率可達(dá)96%。因此，它在高級(jí)轎車上應(yīng)用極廣，在大型客車、自卸車及工程車輛上的應(yīng)用

34、也逐漸增多。 2) 四元件綜合式液力變矩器 某些啟動(dòng)變矩系數(shù)大的變矩器，若采用上述三元件綜合式變矩器，則在最高效率工況到耦合器工況始點(diǎn)之間的區(qū)段上效率顯著降低。為避免這個(gè)缺點(diǎn)，可將導(dǎo)輪分割成兩個(gè)，分別裝在各自的自由輪上，而形成四元件綜合式液力變矩器。,第15章 自動(dòng)變速器,圖15.15為四元件綜合式液力變矩器的示意圖。當(dāng)渦輪5轉(zhuǎn)速較低時(shí)，渦輪出口處液流沖擊在兩導(dǎo)輪葉片的凹面上，方向如圖15.15b) v l所示。此時(shí)，兩導(dǎo)輪的自由輪機(jī)構(gòu)均被鎖住，導(dǎo)輪固定，按變矩器工況工作。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速增加到一定程度液流速度為v2時(shí)，液流對(duì)第一導(dǎo)輪的沖擊力反向，第一導(dǎo)輪便因自由輪機(jī)構(gòu)松脫而與渦輪同向旋轉(zhuǎn)，此時(shí)只有

35、第二導(dǎo)輪仍起變矩作用。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高到接近泵輪轉(zhuǎn)速即液流速度為v 3時(shí)，第二導(dǎo)輪也受到液流的反向沖擊力而與渦輪及第一導(dǎo)輪同向轉(zhuǎn)動(dòng)，于是變矩器全部轉(zhuǎn)入耦合器工況。 四元件綜合式液力變矩器的特性是兩個(gè)變矩器特性和一個(gè)耦合器特性的綜合(見圖15.16)。在傳動(dòng)比0i1區(qū)段，兩個(gè)導(dǎo)輪固定不動(dòng)，二者的葉片組成一個(gè)彎曲程度更大的葉片，以保證在低傳動(dòng)比工況下獲得大的變矩系數(shù)。在傳動(dòng)比i1ik=l區(qū)段，第一導(dǎo)輪脫開，變矩器帶有一個(gè)葉片彎曲程度較小的導(dǎo)輪工作，因而此時(shí)可得到較高的效率。當(dāng)傳動(dòng)比為ik=1時(shí)，變矩器轉(zhuǎn)入耦合器工況，效率按線性規(guī)律增長(zhǎng)。,第15章 自動(dòng)變速器,圖15.15 四元件綜合式液力變矩器

36、示意圖 1啟動(dòng)齒圈 2變矩器殼 3曲軸凸緣 4第一導(dǎo)輪(I) 5渦輪6泵輪 7第二導(dǎo)輪(II) 8自由輪機(jī)構(gòu) 9輸出軸 10導(dǎo)輪固定套管,第15章 自動(dòng)變速器,3) 帶鎖止離合器的液力變矩器 因變矩器的渦輪與泵輪之間存在轉(zhuǎn)速差和液力損失，變矩器的效率不如機(jī)械變速器高，故采用變矩器的汽車在正常行駛時(shí)的燃油經(jīng)濟(jì)性較差。為提高變矩器在高傳動(dòng)比工況下的效率，可采用帶鎖止離合器的液力變矩器(見圖15.17)。鎖止離合器的主動(dòng)部分是傳力盤8和活塞(即壓盤)6，它們與泵輪11一道旋轉(zhuǎn)。從動(dòng)部分是裝在渦輪輪轂14花鍵上的從動(dòng)盤7。壓力油經(jīng)油道5進(jìn)入后，推動(dòng)活塞右移，壓緊從動(dòng)盤，即鎖止離合器接合，于是泵輪與渦輪

37、接合成一體旋轉(zhuǎn)，變矩器不起作用。當(dāng)撤除油壓時(shí)，二者分離，變矩器恢復(fù)正常工作。 當(dāng)汽車起步或在壞路面上行駛時(shí)，可將鎖止離合器分離，使變矩器起作用，以充分發(fā)揮液力傳動(dòng)自動(dòng)適應(yīng)行駛阻力劇烈變化的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)汽車在良好道路上行駛時(shí)，應(yīng)接合鎖止離合器，使變矩器的輸入軸和輸出軸成為剛性連接，即轉(zhuǎn)為直接機(jī)械傳動(dòng)。此時(shí)，變矩系數(shù)K1，變矩器效率1，這就提高了汽車的行駛速度和燃料經(jīng)濟(jì)性。,第15章 自動(dòng)變速器,當(dāng)鎖止離合器接合時(shí)，自由輪機(jī)構(gòu)即脫開，導(dǎo)輪在液流中自由旋轉(zhuǎn)。若取消自由輪機(jī)構(gòu)，則當(dāng)泵輪與渦輪鎖成一體旋轉(zhuǎn)時(shí)，導(dǎo)輪將仍處于固定狀態(tài)，導(dǎo)致液力損失加大，效率降低?，F(xiàn)代轎車自動(dòng)變速器廣泛使用單級(jí)雙相三元件閉鎖綜合式

38、液力變矩器。“單級(jí)”指只有一個(gè)渦輪，“雙相”指有變矩和耦合兩種工況，“三元件”指有泵輪、渦輪和導(dǎo)輪三個(gè)元件，“閉鎖”指有鎖止離合器閉鎖功能。,第15章 自動(dòng)變速器,圖15.17 帶鎖止離合器的液力變矩器 1啟動(dòng)齒圈 2鎖止離合器操縱油缸 3導(dǎo)向銷 4曲軸凸緣盤 5油道 6操縱油缸活塞(壓盤) 7離合器從動(dòng)盤 8傳力盤 9鍵 10渦輪 11泵輪 12導(dǎo)輪 13自由輪機(jī)構(gòu) 14渦輪輪轂 15變矩器輸出軸,第15章 自動(dòng)變速器,當(dāng)汽車起步或在壞路面上行駛時(shí)，可將鎖止離合器分離，使變矩器起作用，以充分發(fā)揮液力傳動(dòng)自動(dòng)適應(yīng)行駛阻力劇烈變化的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)汽車在良好道路上行駛時(shí)，應(yīng)接合鎖止離合器，使變矩器的輸入

39、軸和輸出軸成為剛性連接，即轉(zhuǎn)為直接機(jī)械傳動(dòng)。此時(shí)，變矩系數(shù)K1，變矩器效率1，這就提高了汽車的行駛速度和燃料經(jīng)濟(jì)性。 當(dāng)鎖止離合器接合時(shí)，自由輪機(jī)構(gòu)即脫開，導(dǎo)輪在液流中自由旋轉(zhuǎn)。若取消自由輪機(jī)構(gòu)，則當(dāng)泵輪與渦輪鎖成一體旋轉(zhuǎn)時(shí)，導(dǎo)輪將仍處于固定狀態(tài)，導(dǎo)致液力損失加大，效率降低。現(xiàn)代轎車自動(dòng)變速器廣泛使用單級(jí)雙相三元件閉鎖綜合式液力變矩器。“單級(jí)”指只有一個(gè)渦輪，“雙相”指有變矩和耦合兩種工況，“三元件”指有泵輪、渦輪和導(dǎo)輪三個(gè)元件，“閉鎖”指有鎖止離合器閉鎖功能。,第15章 自動(dòng)變速器,15.3 行星齒輪變速器 液力變矩器雖能傳遞和增大發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，但變矩比不大，變速范圍不寬，遠(yuǎn)不能滿足汽車使用工

40、況。為進(jìn)一步增大轉(zhuǎn)矩，擴(kuò)大其變速范圍，提高汽車的適應(yīng)能力，在液力變矩器后面再裝一個(gè)機(jī)械變速器有級(jí)式齒輪變速器。該變速器多采用單排行星齒輪結(jié)構(gòu)。行星齒輪變速器由行星齒輪機(jī)構(gòu)及離合器、制動(dòng)器和單向離合器等執(zhí)行元件組成。行星齒輪機(jī)構(gòu)通常由多個(gè)行星排組成，行星排的多少與擋數(shù)的多少有關(guān)。 15.3.1 單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的工作原理 圖15.18為單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的構(gòu)造，其受力分析如圖15.19所示。,第15章 自動(dòng)變速器,圖15.18 行星齒輪機(jī)構(gòu)的構(gòu)造,圖15.19 單排行星齒輪機(jī)構(gòu)及作用力 1太陽(yáng)輪 2齒圈 3行星架 4行星齒輪,第15章 自動(dòng)變速器,作用于太陽(yáng)輪(sun gear)1上的力矩M1M1

41、=F1r1 作用于齒圈(ring gear)2上的力矩M2 M2=F2r2 作用于行星架(planet carrier)3上的力矩M3 M3=F3r3 假設(shè)齒圈與太陽(yáng)輪的齒數(shù)比為，則 因而r2 = r1又 式中，r1、r2分別為太陽(yáng)輪和齒圈的節(jié)圓半徑，r3為行星輪與太陽(yáng)輪的中心距。 由行星輪(planet pinion)4的力平衡條件可得F1=F2和F3=2F2。因此，太陽(yáng)輪、齒圈和行星架上的力矩分別為： M1 = F1r1M2 =F1r1 M3=(+1)F1r1 (15-1),第15章 自動(dòng)變速器,根據(jù)能量守恒定律，三個(gè)元件上輸入和輸出功率的代數(shù)和應(yīng)等于零，即： M1 1 + M2 2 +

42、M33 = 0 (15-2) 式中， 1 、 2 、 3分別為太陽(yáng)輪、齒圈和行星架的角速度。 將式(15-1)代入式(15-2)中，即可得到表示單排行星齒輪機(jī)構(gòu)一般運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特性方程式： 1 + 2 -(1+)3 = 0 若以轉(zhuǎn)速代替角速度，則上式可寫成： n1 + n2- (1+)n3 = 0 (15-3) 由式(15-3)可以看出，在太陽(yáng)輪、齒圈和行星架這三個(gè)元件中，可任選兩個(gè)分別作為主動(dòng)件和從動(dòng)件，而使另一元件固定不動(dòng)(即使該元件轉(zhuǎn)速為零)，或使其運(yùn)動(dòng)受一定約束(即該元件的轉(zhuǎn)速為某定值)，則整個(gè)輪系即以一定的傳動(dòng)比傳遞動(dòng)力。下面分別討論以下情況：,第15章 自動(dòng)變速器,(1) 太陽(yáng)輪1為

43、主動(dòng)件，行星架3為從動(dòng)件，齒圈2固定。此時(shí)，式(15-3)中n2=0，故傳動(dòng)比為： (2) 齒圈2為主動(dòng)件，行星架3為從動(dòng)件，太陽(yáng)輪1固定。此時(shí)，式(15-3)中n1=0，故傳動(dòng)比為： (3) 太陽(yáng)輪1為主動(dòng)件，齒圈2為從動(dòng)件，行星架3固定。此時(shí)，式(15-3)中n3=0，故傳動(dòng)比為： 在此情況下，n1與n2符號(hào)相反，即表示主動(dòng)軸與從動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)方向相反，故為倒擋傳動(dòng)情況。,第15章 自動(dòng)變速器,(4) 若使n1 =n2，則： 在n1=n3或n2=n3時(shí)，同樣可得n1=n2=n3。因此，若使三元件中的任何兩個(gè)元件連成一體轉(zhuǎn)動(dòng)，則第三元件的轉(zhuǎn)速必然與前二者轉(zhuǎn)速相等，即行星齒輪系中所有元件(包括行星

44、齒輪)之間都沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而形成直接擋傳動(dòng)，傳動(dòng)比為1。 如果所有元件都不受約束，即都可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，則行星齒輪機(jī)構(gòu)完全失去傳動(dòng)作用，從而得到空擋。,第15章 自動(dòng)變速器,15.3.2 多排行星齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與工作原理 在現(xiàn)代汽車行星齒輪變速器中，采用辛普森(simpson)式行星齒輪機(jī)構(gòu)和拉威挪(ravigneaux)式行星齒輪機(jī)構(gòu)。本章主要介紹辛普森式行星齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)與原理。 辛普森(simpson)式行星齒輪機(jī)構(gòu)(圖15.20)主要由結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同的兩個(gè)單級(jí)行星排組合而成。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：前后兩個(gè)行星排的太陽(yáng)輪連為一個(gè)整體，即共用太陽(yáng)輪，稱為前后太陽(yáng)輪組件；前行星排的行星架與后行星排的內(nèi)

45、齒圈相連作為自動(dòng)變速器的輸出軸；前行星排的內(nèi)齒圈和太陽(yáng)輪組件通常作為自動(dòng)變速器的輸入軸。辛普森式行星齒輪機(jī)構(gòu)與不同數(shù)量的換擋執(zhí)行元件組合，可構(gòu)成三擋或四擋行星齒輪變速系統(tǒng)。 拉威挪式行星齒輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)如圖15.21所示，拉威挪式行星齒輪機(jī)構(gòu)由一個(gè)單排單級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu)和一個(gè)單排雙級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu)組合而成。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：前排為單級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu)，后排為雙級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu)。前后排共用行星架和內(nèi)齒圈。前排太陽(yáng)輪稱為大太陽(yáng)輪，與后排長(zhǎng)行,第15章 自動(dòng)變速器,星齒輪嚙合；后排太陽(yáng)輪稱為小太陽(yáng)輪，與短行星齒輪嚙合。長(zhǎng)、短行星齒輪互相嚙合，共用行星架。通常以前后太陽(yáng)輪作為輸入軸，內(nèi)齒圈作為輸出軸。拉威挪式行星齒輪

46、機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小，與不同數(shù)量的換擋執(zhí)行元件組合可構(gòu)成三擋或四擋行星齒輪結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。,圖15.20 辛普森式行星齒輪機(jī)構(gòu)示意圖,圖15.21 拉威挪式行星齒輪機(jī)構(gòu)示意圖,第15章 自動(dòng)變速器,以豐田A340E型變速器為例，說(shuō)明辛普森式行星齒輪機(jī)構(gòu)的變速原理。 圖15.22所示為豐田A340E型(A自動(dòng)變速器；3汽車的驅(qū)動(dòng)方式；1、2、5前輪驅(qū)動(dòng)，3、4后輪驅(qū)動(dòng)；4自動(dòng)變速器的D位擋數(shù)：Z自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：E為計(jì)算機(jī)控制，L為帶鎖止離合器的綜合式液力變矩器)辛普森式三行星排四擋行星齒輪變速器結(jié)構(gòu)示意圖。超速行星排被安裝在行星齒輪變速器的前端，行星架11是主動(dòng)件，與輸入軸1相連。超速行星排的工作

47、由超速擋離合器C0、超速擋單向離合器F0和超速擋制動(dòng)器B0控制，C0和F0都連接超速行星排行星架11與太陽(yáng)輪2；F0的外圈與行星架11嚙合，內(nèi)圈固定在太陽(yáng)輪2上，在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳到輸入軸時(shí)，太陽(yáng)輪2與行星架11結(jié)合。B0連接殼體與太陽(yáng)輪，用于制動(dòng)太陽(yáng)輪。齒圈3為被動(dòng)件，與中間軸4相連。在行星齒輪變速器傳動(dòng)過(guò)程中，B0放松C0接合時(shí)，超速行星排直接傳動(dòng)，傳動(dòng)比為1；而當(dāng)B0制動(dòng)C0分離時(shí)，超速行星排則由行星架輸入，齒圈輸出處于增加轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，因而傳動(dòng)比小于1(超速擋)。,第15章 自動(dòng)變速器,圖15.22 辛普森式三行星排四檔行星齒輪變速器結(jié)構(gòu)示意圖 1輸入軸 2超速擋太陽(yáng)輪 3超速擋齒圈 4中間軸

48、 5前行星齒圈 6太陽(yáng)輪 7后行星齒圈 8輸出軸 9后行星架 10前行星架 11超速擋行星架 C0超速擋離合器 C1前進(jìn)擋離合器 C2高擋及倒擋離合器 B0超速擋制動(dòng)器 B1擋滑行制動(dòng)器 B2擋制動(dòng)器 B3低擋及倒擋制動(dòng)器 F0超速擋單向離合器 F1擋單向離合器 F2低擋單向離合器,第15章 自動(dòng)變速器,前進(jìn)擋離合器C1連接中間軸4和前齒圈5，倒擋及高擋離合器C2連接中間軸4和太陽(yáng)輪6，擋滑行制動(dòng)器B1(為帶式結(jié)構(gòu)，其余制動(dòng)器均為多片摩擦式結(jié)構(gòu))連接變速器殼體與太陽(yáng)輪6，用來(lái)制動(dòng)太陽(yáng)輪6。輸出軸8與前行星架10、后齒圈7連接。擋制動(dòng)器B2用于固定擋單向離合器F1的外圈，防止太陽(yáng)輪6逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)(

49、從變速器輸入端看，以下類同)，即太陽(yáng)輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)F1的內(nèi)、外圈接合。低擋及倒擋制動(dòng)器B3連接外殼與后行星架9，用于制動(dòng)后行星架9。低擋單向離合器F2連接后行星架與外殼(逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)F2的內(nèi)、外圈接合)，防止后行星架逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 以豐田A340E型自動(dòng)變速器為例說(shuō)明行星齒輪機(jī)構(gòu)的工作原理，各擋傳動(dòng)路線圖如 圖15.23所示。,第15章 自動(dòng)變速器,圖15.23 三行星排四擋行星齒輪變速系統(tǒng)各擋位動(dòng)力傳遞路線,第15章 自動(dòng)變速器,圖15.23(續(xù)) a. D位1擋、2位1擋動(dòng)力傳遞路線(無(wú)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)作用) b. D位2擋動(dòng)力傳遞路線(無(wú)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)作用)c. D位3擋、2位3擋動(dòng)力傳遞路線(具有

50、發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)作用) d. D位4擋(OD擋)動(dòng)力傳遞路線(具有發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)作用)e. 2位2擋、L位2擋動(dòng)力傳遞路線(具有發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)作用) f. L位1擋動(dòng)力傳遞路線(具有發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)作用) g. R位動(dòng)力傳遞路線,第15章 自動(dòng)變速器,豐田A340E型自動(dòng)變速器換擋手柄有六個(gè)位置：P、R、N、D、2、L。手柄在D位時(shí)可在擋變換；手柄在2位時(shí)可在擋變換，而且擋會(huì)產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)作用；手柄在L位時(shí)可在擋變換，并且、擋均有發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)作用。 三行星排辛普森式四擋行星齒輪變速器換擋執(zhí)行元件共有10個(gè)，換擋接合情況見 表15-1。 (1) 換擋手柄位于“”或“P”位時(shí)。C0工作，把超速行星排的行星架與其太陽(yáng)輪聯(lián)

51、鎖在一起，超速行星排處于直接擋狀態(tài)，從超速行星排輸入的轉(zhuǎn)矩沒有變化地傳至中間軸4，但因C2、C1都不工作，所以動(dòng)力無(wú)法向后傳遞，變速器處于空擋或駐車擋。 當(dāng)換擋手柄位于“P”位時(shí)，如圖15.24所示，駐車鎖止機(jī)構(gòu)使鎖止棘爪5上的齒嵌入輸出軸的外齒圈2中，因鎖止棘爪固定在變速器外殼上，所以輸出軸被固定而不能轉(zhuǎn)動(dòng)，起到了駐車制動(dòng)作用。,第15章 自動(dòng)變速器,第15章 自動(dòng)變速器,第15章 自動(dòng)變速器,(2) 換擋手柄位于“R”位時(shí)。C2、C0、B3、F0工作，C0、F0把超速行星排的行星架與太陽(yáng)輪聯(lián)鎖在一起，超速行星排處于直接擋狀態(tài)，從輸入軸輸入的轉(zhuǎn)矩沒有變化地傳至中間軸4。C2把轉(zhuǎn)矩傳遞到辛普森

52、行星機(jī)構(gòu)的太陽(yáng)輪6，使太陽(yáng)輪順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。D3把后排行星架9制動(dòng)，于是后排齒圈7減速并逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，變速器處于倒擋。,圖15.24 駐車鎖止機(jī)構(gòu) 1鎖止凸輪 2輪子出軸外齒圈 3變速器殼體 4樞軸 5鎖止棘爪,第15章 自動(dòng)變速器,變速器的傳動(dòng)比即太陽(yáng)輪6與齒圈7的轉(zhuǎn)速之比。設(shè)前排齒圈與太陽(yáng)輪齒數(shù)比為 1=Z5/Z6，后排齒圈與太陽(yáng)輪齒數(shù)比為2 = Z7/Z6。則倒擋傳動(dòng)比為： (3) 換擋手柄位于“D”位時(shí)。發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷較大、行駛速度較低時(shí)，電子控制單元將1號(hào)電磁閥接通，2號(hào)電磁閥關(guān)斷，變速器處于擋工況。換擋執(zhí)行元件中，C1、C0、F2、F0工作，其中C0、F0把超速行星排行星架與其太陽(yáng)輪聯(lián)鎖

53、在一起，超速行星排處于直接擋狀態(tài)，從輸入軸輸入的轉(zhuǎn)矩沒有變化地傳至中間軸4。C1把動(dòng)力傳遞至前齒圈5，前齒圈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，前行星輪順時(shí)針?lè)较驀@其軸旋轉(zhuǎn)，致使其太陽(yáng)輪6逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。太陽(yáng)輪促使后行星輪順時(shí)針圍繞其軸9旋轉(zhuǎn)，并且相對(duì)于后齒圈7內(nèi)壁按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。F2能防止后行星架9逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，因?yàn)楹笮行羌?被固定，后行星輪便迫使其齒圈沿著順時(shí)針?lè)较?第15章 自動(dòng)變速器,旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)力傳遞到輸出軸8。前行星架10亦順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，將來(lái)自中間軸的部分動(dòng)力傳遞至輸出軸。在前排行星齒輪機(jī)構(gòu)中，環(huán)形齒圈5為主動(dòng)件，行星架10為從動(dòng)件，故從動(dòng)件轉(zhuǎn)速(即輸出軸轉(zhuǎn)速)必然下降，其太陽(yáng)輪為固定件時(shí)，則為擋傳動(dòng)比。而

54、此時(shí)太陽(yáng)輪沒有固定，在后排行星機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)作用下，太陽(yáng)輪以一定的傳動(dòng)比逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這就使得前排行星架(從動(dòng)件)的轉(zhuǎn)速較擋時(shí)更低。 擋傳動(dòng)比即為前齒圈5與后齒圈7的轉(zhuǎn)速之比。根據(jù)式(15-3)，前排行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性方程為: n0 = 1n5(1+1)nl0 = 0 (15-5) 后排行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性方程為： n6 +2n7(1+2)n9 =0 (15-6) 因n7 = n10；又因F2固定后行星架9，故n9=0。,第15章 自動(dòng)變速器,將式(15-6)代入式(15-5)中，整理得I擋傳動(dòng)比為： 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷與行駛速度適合換擋時(shí)，電子控制單元將l號(hào)和2號(hào)電磁閥都接通，變速器處于擋工況。換

55、擋執(zhí)行元件中，C1、C0、B2、F1、F0工作，其中C0、F0使輸入軸與中間軸直接傳遞動(dòng)力。C1把動(dòng)力傳遞到前齒圈5。在前齒圈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)輸出軸受一定阻力矩時(shí)，前行星輪順時(shí)針?lè)较蚶@其軸10旋轉(zhuǎn)，有使太陽(yáng)輪6逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。而B2、F1阻止了太陽(yáng)輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。因?yàn)樘?yáng)輪被固定，前行星架10與前齒圈5同向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速低于前齒圈5的轉(zhuǎn)速。在擋時(shí)，后行星輪處于無(wú)載荷的自由旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。,第15章 自動(dòng)變速器,由于擋時(shí)，后行星輪無(wú)載荷的自由旋轉(zhuǎn)，故擋傳動(dòng)比只由前排行星齒輪機(jī)構(gòu)決定，且前行星排為齒圈輸入、行星架輸出，太陽(yáng)輪固定。 根據(jù)前排行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性方程式(15-5) 因n6=0，故擋傳動(dòng)比為

56、： 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷與行駛速度適合換擋時(shí)，電子控制單元1號(hào)電磁閥關(guān)斷，2號(hào)電磁閥接通，變速器處于擋工況。換擋執(zhí)行元件中，C1、C2、C0、B2、F0工作，其中C0、F0能使輸入軸與中間軸直接傳遞動(dòng)力；C1、C2分別把動(dòng)力傳遞到前齒圈及其太陽(yáng)輪。因?yàn)閷?shí)際上Cl、C2已把前齒圈和太陽(yáng)輪聯(lián)鎖在了一起，所以與前行星架連在一起的輸出軸也必然與它們聯(lián)鎖在一起，使輸入軸與輸出軸直接傳遞動(dòng)力。變速器處于直接擋工況，傳動(dòng)比為1。此時(shí)B2雖然工作但不傳遞動(dòng)力。,第15章 自動(dòng)變速器,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷與行駛速度適合換擋時(shí)，電子控制單元將1號(hào)和2號(hào)電磁閥都關(guān)斷，變速器處于擋工況。換擋執(zhí)行元件中，C1、C2、B2、B0工作，把

57、超速行星排太陽(yáng)輪制動(dòng)(C0分離)，超速行星排則由行星架輸入、齒圈輸出至中間軸4，中間軸轉(zhuǎn)速大于輸入軸轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)比小于l；C1、C2則使中間軸與輸出軸直接傳遞動(dòng)力。變速器處于超速擋工況。此時(shí)B2雖然工作但不傳遞動(dòng)力。 設(shè)超速行星排齒圈與太陽(yáng)輪齒數(shù)比為 0 = Z3/Z2，則根據(jù)式(15-3)，超速行星排特性方程 : 因n2 = 0，所以超速擋傳動(dòng)比為：,第15章 自動(dòng)變速器,(4) 換擋手柄位于“2”位時(shí)。變速器只能接通I、擋，這三個(gè)擋位的工作原理與換擋手柄位于“D”位的I、擋基本相同，只是在擋時(shí)還有B1工作。在擋時(shí)工況，若發(fā)動(dòng)機(jī)減速時(shí)，前齒圈比輸出軸旋轉(zhuǎn)得更慢，促使前行星齒輪按逆時(shí)針?lè)较蚶@其軸

58、旋轉(zhuǎn)，使太陽(yáng)輪有被前行星輪帶動(dòng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。由于此時(shí)B1把太陽(yáng)輪制動(dòng)，所以與前行星架連在一起的輸出軸和前齒圈之間能夠傳遞轉(zhuǎn)矩，發(fā)動(dòng)機(jī)可以產(chǎn)生制動(dòng)效果。 換擋手柄位于“D”位變速器接通擋時(shí)，由于Fl不能阻止太陽(yáng)輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，所以太陽(yáng)輪在無(wú)載荷狀態(tài)下順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，前齒圈和與前行星架連在一起的輸出軸之間不能傳遞轉(zhuǎn)矩，發(fā)動(dòng)機(jī)不能產(chǎn)生制動(dòng)效果。 (5) 換擋手柄位于“L”位時(shí)。變速器只能接通、擋，這兩個(gè)擋位的工作原理與換擋手柄位于“2”位時(shí)基本相同，只是在擋時(shí)還有B3工作。在擋工況：若加速后釋放加速踏板，自動(dòng)變速器具備發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)功能。其原因是當(dāng)加速踏板釋放時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(輸入軸轉(zhuǎn)速)立即下降，而由于慣

59、性緣故，與車輪連接的變速器輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度并,第15章 自動(dòng)變速器,未立即下降。因此輸出軸作為主動(dòng)件反拖后齒圈7和前行星架10順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，此時(shí)后行星架9有順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。由于B3工作，固定了后行星架，致使后行星輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，促使太陽(yáng)輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。對(duì)于前排行星機(jī)構(gòu)，由于前行星架為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，太陽(yáng)輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，故前行星輪將圍繞其軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使得前齒圈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，來(lái)自輸出軸的作用力被傳遞至中間軸，再經(jīng)超速行星排傳至發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低，則起到發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)作用。 換擋手柄位于“D”或“2”位，變速器以擋行駛時(shí)，將不具備發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)功能。這是由于此時(shí)B3不工作，F(xiàn)2又不能阻止后行星架順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這樣后行星齒輪機(jī)構(gòu)空轉(zhuǎn)，不能將作用力從輸出軸傳遞給輸入軸。 總之，當(dāng)換擋手柄在“D”位時(shí)，擋均無(wú)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)；當(dāng)換擋手柄在“2”位時(shí)，擋有發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)；當(dāng)換擋手柄在“L”位時(shí)，擋和擋均有發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)。在城市繁華路段，車速不高且加減速頻繁和在山區(qū)下坡路段，需要經(jīng)常利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，可以把換擋手柄置于“2”或“L”位置。,第15章 自動(dòng)變速器,5.3.3 行星齒輪變速器換擋執(zhí)行元件 現(xiàn)代轎車大多數(shù)采用四個(gè)前進(jìn)擋行星齒輪自動(dòng)變速器，它的換擋執(zhí)行元